原子（知識）の問題

X 線管で、陰極から出た電子を加速電圧で加速し、陽極の金属（ターゲット）に当てて X 線を発生させる。はじめに、ある加速電圧で X 線を発生させ、そのスペクトルを測定したところ、連続 X 線と固有 X 線（特性 X 線）の両方が観測された。次に、ターゲットの金属は変えずに、加速電圧だけを大きくして再びスペクトルを測定した。ただし、陰極から出る電子の初速は無視でき、どちらの加速電圧でも固有 X 線が観測されるものとする。

加速電圧を大きくする前と比べたときの、連続 X 線の最短波長と固有 X 線の波長の変化について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　連続 X 線の最短波長は長くなり、固有 X 線の波長は変わらない。
• イ　連続 X 線の最短波長は短くなり、固有 X 線の波長も短くなる。
• ウ　連続 X 線の最短波長は変わらず、固有 X 線の波長は短くなる。
• エ　連続 X 線の最短波長は短くなり、固有 X 線の波長は変わらない。
• オ　連続 X 線の最短波長も、固有 X 線の波長も変わらない。

X 線管では、陰極から出た電子を電圧 $V$ で加速して陽極の金属に当て、X 線を発生させる。X 線の発生と電子の波動性について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、電子や陽子の速さは光の速さに比べて十分小さいものとする。

• ア　加速電圧 $V$ を大きくすると、連続 X 線の最短波長は長くなる。
• イ　連続 X 線の最短波長は、加速電圧 $V$ によらず、陽極の金属の種類によって決まる。
• ウ　電子の速さを大きくすると、電子のド・ブロイ波長は長くなる。
• エ　同じ速さで運動する電子と陽子では、陽子のほうがド・ブロイ波長が長い。
• オ　固有 X 線が発生している範囲で加速電圧 $V$ を変えても、固有 X 線の波長は変わらず、その波長は陽極の金属の種類によって決まる。

原子の構造と、ボーアの水素原子模型について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　ラザフォードは、金箔に $\alpha$ 粒子を当てる散乱実験から、原子の正電荷が原子全体に一様に分布していると結論した。
• イ　ボーアの模型では、定常状態にある電子は原子核のまわりを円運動しているので、電磁波を放出し続ける。
• ウ　電子がエネルギーの高い定常状態から低い定常状態へ移るとき、2 つの準位のエネルギー差に等しいエネルギーをもつ光子が 1 個放出される。
• エ　水素原子のエネルギー準位は、量子数 $n$ が大きい定常状態ほど低くなる。
• オ　水素原子のエネルギー準位の間隔は、量子数 $n$ が大きくなるほど広くなる。

原子核の質量とエネルギー、および核分裂・核融合について述べた次の文ア〜オのうち、正しいものをすべて選べ。ただし、真空中の光の速さを $c$ とする。

• ア　原子核の質量は、その原子核を構成する陽子と中性子をばらばらにしたときの質量の和よりも小さい。
• イ　原子核の結合エネルギーが大きいほど、その原子核の質量欠損は小さい。
• ウ　核子 1 個あたりの結合エネルギーは、質量数が鉄の付近の原子核で最も大きくなる。
• エ　ウラン 235 の原子核が中性子を吸収して核分裂するとき、反応後の粒子（分裂片の原子核と放出される中性子）の質量の和は、反応前のウラン 235 の原子核と中性子の質量の和よりも大きい。
• オ　重水素や三重水素のような軽い原子核どうしが核融合してヘリウム原子核ができるとき、反応後の原子核の核子 1 個あたりの結合エネルギーは、反応前の原子核の核子 1 個あたりの結合エネルギーよりも大きい。

X 線管で発生する X 線と、電子の波動性について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、X 線管では、陰極から出た電子を電圧（加速電圧）で加速して陽極の金属に当て、X 線を発生させるものとする。

• ア　固有 X 線（特性 X 線）の波長は、加速電圧を大きくすると短くなる。
• イ　連続 X 線の最短波長は、陽極の金属の種類で決まり、加速電圧を変えても変わらない。
• ウ　連続 X 線は、陽極の金属原子の内側の軌道に空きができ、そこへ外側の軌道の電子が移るときに放出される。
• エ　電子を加速する電圧を大きくすると、電子のド・ブロイ波長は長くなる。
• オ　結晶に電子線を当てると、X 線を当てたときと同じように、回折による強め合いの模様が観測される。